Estimation of Nuclear DNA Content and Determination of Relationship Between Altitude and Genome Size of USDA Turkish Oat (Avena spp.) Collection

Abstract

Crop improvement is an important approach to overcome challenges raised from future uncertainties of agricultural systems and growing human population. The fundamental need for such improvement efforts is the availability of well characterized plant germplasm with sufficient genetic diversity. The 2C DNA is defined as the nuclear DNA content of an unreplicated diploid cell (in G1 phase) and is used both to get an estimate of genome size and ploidy level. Flow cytometry provides accurate and fast estimation of the genome size of plants. The genus Avena belongs to Poaceae (Gramineae) family and includes approximately 30species including common oat (A.sativa). There are 837 Avena accessions in the USDA (United States Department of Agriculture) Germplasm Resources Information Network (USDA-GRIN) collected from Turkey. This also is the largest ex situ Avena collection from Turkey. However, initial genomic characterization of the collection has not yet been conducted. We estimated genome sizes and determined ploidy levels of Turkish oat collection. Nuclear DNA content of accessions ranged from 25.66 to 26.56pg for A.sativa, from 25.48 to 26.88pg for A.sterilis and from 24.85 to 26.41pg for A.fatua. The average and range values for all three hexaploid species were in asimilar close range. The range for putative tetraploid accessions belonging to A.barbata was from 12.79 to 16.90pg. We found anumber of aggregates. Furthermore, there was anegative correlation found between altitude and genome size. Obtained results will help to better utilize Avena collection in breeding efforts. ZusammenfassungDie Verbesserung von Nutzpflanzen ist ein wichtiger Ansatz, um die Herausforderungen zu bewaltigen, die sich aus den zukunftigen Unsicherheiten der landwirtschaftlichen Systeme und der wachsenden Bevolkerung ergeben. Die Grundvoraussetzung fur solche Verbesserungsbemuhungen ist die Verfugbarkeit von gut charakterisiertem Keimgewebe der Pflanze mit ausreichender genetischer Vielfalt. Die 2C-DNA ist definiert als der Kern-DNA-Gehalt einer nicht replizierten diploiden Zelle (in der G1-Phase) und wird sowohl zur Abschatzung der Genomgro ss e als auch des Ploidiegrads verwendet. Die Durchflusszytometrie ermoglicht eine genaue und schnelle Abschatzung der Genomgro ss e von Pflanzen. Die Gattung Avena gehort zur Familie der Poaceae (Gramineae) und umfasst etwa 30Arten, darunter auch den gemeinen Hafer (A.sativa). Im USDA (United States Department of Agriculture) Germplasm Resources Information Network (USDA-GRIN) wurden 837 Avena-Akzessionen aus der Turkei gesammelt. Dies ist gleichzeitig die gro ss te ex-situ-Avena-Sammlung aus der Turkei. Eine erste genomische Charakterisierung der Sammlung ist jedoch noch nicht erfolgt. Wir schatzten die Genomgro ss en und ermittelten die Ploidiegrade der turkischen Hafersammlung. Der Kern-DNA-Gehalt lag bei A.sativa zwischen 25,66 und 26,56pg, bei A.sterilis zwischen 25,48 und 26,88pg und bei A.fatua zwischen 24,85 und 26,41pg. Die Werte fur alle drei hexaploiden Arten lagen in einem ahnlichen Bereich. Die Werte fur mutma ss lich tetraploide Akzessionen von A.barbata lagen zwischen 12,79 und 16,90pg. Wir haben eine Reihe von Aggregaten gefunden. Au ss erdem wurde eine negative Korrelation zwischen Hohenlage und Genomgro ss e festgestellt. Die erzielten Ergebnisse werden dazu beitragen, die Avena-Sammlung besser fur Zuchtungsbemuhungen nutzen zu konnen.